パワー MOSFET のボディ ダイオードを制御する: 損失を最小限に抑え、効率を高める戦略

金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) はエレクトロニクス業界に革命をもたらし、さまざまな回路のユビキタスなコンポーネントになりました。 MOSFET の主な機能は電気信号の制御と増幅ですが、見落とされがちだが重要な要素である内部ボディ ダイオードも備えています。このブログ投稿では、MOSFET ボディ ダイオードの複雑さを掘り下げ、損失を最小限に抑え、回路全体の効率を向上させる戦略を探ります。

MOSFET のボディ ダイオード損失について

MOSFET 構造内の固有の寄生接合であるボディ ダイオードは一方向の電流の流れを示し、電流はドレインからソースに流れますが、その逆はできません。ボディ ダイオードは貴重な目的を果たしますが、回路効率を低下させる電力損失を引き起こす可能性があります。

伝導損失: MOSFET のオン状態中、ボディ ダイオードは逆方向に電流を流し、熱を発生して電力を消費します。

スイッチング損失: MOSFET のスイッチング遷移中、逆回復期間中にボディ ダイオードが電流を流し、スイッチング損失が発生します。

MOSFET のボディ ダイオード損失を最小限に抑える戦略

適切な MOSFET の選択: 導通損失とスイッチング損失をそれぞれ最小限に抑えるために、ボディ ダイオードの順方向電圧と逆回復時間が低い MOSFET を選択してください。

駆動信号の最適化: 適切なゲート駆動信号を使用して、スイッチング中にボディ ダイオードが導通する時間を最小限に抑え、スイッチング損失を削減します。

スナバ回路の利用: 抵抗とコンデンサで構成されるスナバ回路を実装して、寄生インダクタンスに蓄積されたエネルギーを放散し、電圧スパイクを低減し、スイッチング損失を軽減します。

並列ボディ ダイオード: 特に高電流アプリケーションでは、電流を共有して電力損失を削減するために、外部ダイオードをボディ ダイオードと並列接続することを検討してください。

代替回路設計: 場合によっては、損失をさらに最小限に抑えるために、ボディ ダイオードの伝導経路の必要性を排除する代替回路トポロジーを検討することができます。

MOSFET のボディ ダイオード損失を最小限に抑えることの利点

効率の向上: ボディ ダイオードの損失を低減すると、回路全体の効率が向上し、消費電力の低減とエネルギーの節約につながります。

発熱の低減: 損失を最小限に抑えることで、MOSFET および周囲のコンポーネント内の発熱が低減され、熱性能が向上し、コンポーネントの寿命が延びます。

信頼性の向上: 動作温度の低下とコンポーネントへのストレスの軽減により、回路の信頼性と寿命が向上します。

結論

MOSFET ボディ ダイオードは見落とされがちですが、回路の効率と性能に大きな影響を与える可能性があります。ボディダイオード損失の原因を理解し、効果的な軽減戦略を実装することは、高効率で信頼性の高い電子システムを設計するために重要です。これらの技術を採用することで、エンジニアは回路性能を最適化し、エネルギー消費を最小限に抑え、電子設計の寿命を延ばすことができます。